配電臺區(qū)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)研究及應(yīng)用概述

蘇立　莊紅軍　吳瑀　陳志恒　朱明嚴

摘 要：配電臺區(qū)在低壓配電網(wǎng)中承擔(dān)著重要的角色，也是供電企業(yè)評估降損節(jié)能效果的關(guān)注對象和考核節(jié)點。本文主要介紹一套配電臺區(qū)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)，嘗試分析現(xiàn)有臺區(qū)設(shè)備的實際運行數(shù)據(jù)，提出對在運行配電臺區(qū)的可優(yōu)化環(huán)節(jié)，并對未來配網(wǎng)改造提供了數(shù)據(jù)參考和建議。

關(guān)鍵詞：配電臺區(qū)；節(jié)能優(yōu)化；評估決策

中圖分類號：TM769 文獻標識碼：A

0.引言

低壓配電臺區(qū)的規(guī)劃建設(shè)一直以來是電網(wǎng)改造中非常重要的一環(huán)。在經(jīng)濟飛速發(fā)展城鎮(zhèn)化建設(shè)逐步推進的同時，城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)也經(jīng)歷過多次升級和改造，目前低壓配電網(wǎng)供電可靠性已達到較高的水平。然而，低壓配電網(wǎng)改造及運行時的經(jīng)濟性問題，也一直是業(yè)內(nèi)多年關(guān)注并對其深入研究分析的課題。

目前對現(xiàn)有配電臺區(qū)的降損工作，常見的有安裝無功補償裝置降低無功損耗、季節(jié)性調(diào)整負荷所在臺區(qū)/相位平衡負荷降低變壓器損耗、優(yōu)化臺區(qū)供電半徑降低線路損耗、更換容量與負荷不相符的變壓器等辦法。這些降損辦法多數(shù)是依靠運行人員的經(jīng)驗及讀取計量系統(tǒng)關(guān)口值做的判斷，相互獨立并沒有配合性，并沒有分析如何在投入成本和實際成效之間取相對最優(yōu)方案來達到真正的節(jié)能。因此，對現(xiàn)有配電臺區(qū)的降損節(jié)能，應(yīng)當(dāng)采用系統(tǒng)性思路，分析現(xiàn)有設(shè)備和臺區(qū)實際運行數(shù)據(jù)，給出相對更合理更經(jīng)濟的降損優(yōu)化方案。

1.研究方案

配電臺區(qū)節(jié)能系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集、分析決策、成效驗證幾部分。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)通過加裝硬件和與現(xiàn)有平臺做接口的方式，采集現(xiàn)有配電臺區(qū)的實時運行數(shù)據(jù)，主要包括關(guān)口高低壓側(cè)三相電壓電流、關(guān)口三相有功無功、變壓器運行檔位、重要節(jié)點運行溫度等實時數(shù)據(jù)，線路線徑、供電半徑、供電方式、變壓器容量、無功設(shè)備分組及容量、負荷換相設(shè)備信息等臺賬數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過專家系統(tǒng)過濾分析，剔除無效數(shù)據(jù)和明顯的假數(shù)據(jù)，真實還原配電臺區(qū)的實際運行狀況。

分析決策：系統(tǒng)分析實際運行中的三相有功（無功）負荷不平衡度、臺區(qū)關(guān)口無功缺額、變壓器出力情況及損耗、大負荷用戶及所在相位、線纜接頭溫度等實際運行數(shù)據(jù)，計算并做出判斷：變壓器實際容量是否與銘牌不符；無功設(shè)備是否滿足需求及補償方案是否合理；用戶負荷相位分配是否合理及負荷換相裝置是否能實現(xiàn)調(diào)平衡；服役線路是否存在長期過載運行等安全隱患等。根據(jù)系統(tǒng)做出的判斷，綜合配電臺區(qū)的階段運行情況，系統(tǒng)給出控制設(shè)備動作、更換設(shè)備或進行臺區(qū)改造的優(yōu)化策略及建議。對接入系統(tǒng)的無功補償設(shè)備和負荷換相設(shè)備，根據(jù)優(yōu)化信息，系統(tǒng)發(fā)出適當(dāng)?shù)牟僮髦噶睿刂片F(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)閉環(huán)自動控制，有效合理利用現(xiàn)有設(shè)備，在節(jié)能的同時盡量降低投入成本。

成效驗證：系統(tǒng)對配電臺區(qū)的運行情況建立歷史數(shù)據(jù)庫，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行記錄儲存，系統(tǒng)會周期性自動巡檢對比歷史數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)預(yù)設(shè)的異常信息將及時提出告警。在新投入設(shè)備時，可以通過系統(tǒng)記錄的設(shè)備實際運行時間、負載變化、設(shè)備動作次數(shù)、仿真線損與實際線損的差別等數(shù)據(jù)來驗證投入設(shè)備的實際應(yīng)用效果。

系統(tǒng)提供強大的報表分析功能，統(tǒng)計無功設(shè)備、換相設(shè)備實際投運時間和動作次數(shù)，對于不能操作的無效設(shè)備，與實際需求不同的設(shè)備，系統(tǒng)會給出維修、更換或改造的建議。

2.控制策略

配電臺區(qū)節(jié)能系統(tǒng)周期性采集臺區(qū)設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)，結(jié)合既有設(shè)備臺賬，采用改進的潮流計算技術(shù)、解耦疊加優(yōu)化技術(shù)和線損在線仿真分析技術(shù)實時還原現(xiàn)場設(shè)備運行情況進數(shù)據(jù)處理分析，使用自定義規(guī)則的專家系統(tǒng)，給出優(yōu)化決策與建議。專家系統(tǒng)規(guī)則大致如下：

（1）周期性巡檢配電臺區(qū)電壓電流實時數(shù)據(jù)，優(yōu)先保證臺區(qū)輸出三相電壓在合格范圍內(nèi)。如不合格，先檢查臺區(qū)內(nèi)是否有接入的調(diào)節(jié)電壓設(shè)備，包括有載分接頭、調(diào)壓器、無功補償設(shè)備如有則下發(fā)控制指令，當(dāng)監(jiān)測到設(shè)備執(zhí)行命令，則保護閉鎖10分鐘，保護結(jié)束后再進行潮流計算。當(dāng)電壓不合格與無功缺/過補償同時出現(xiàn)時，則優(yōu)先控制無功補償設(shè)備進行投切，當(dāng)無功設(shè)備不可控或已全部動作后，再調(diào)節(jié)其他設(shè)備。當(dāng)電壓不合格，臺區(qū)內(nèi)無可控設(shè)備或設(shè)備全部拒動時，則發(fā)出告警信息，提示值班/運維人員人工調(diào)節(jié)變壓器檔位分接頭、手動操作電容器投切等方式進行電壓調(diào)節(jié)。

（2）在保證電壓合格的前提下，系統(tǒng)實時監(jiān)測三相負荷平衡情況，當(dāng)有臺區(qū)出現(xiàn)三相負荷不平衡，即不平衡度大于15%時，系統(tǒng)查找該臺區(qū)內(nèi)是否有可轉(zhuǎn)移負荷的設(shè)備，包括負荷換相開關(guān)和相補電容，如有可控設(shè)備則下發(fā)控制指令，設(shè)備受控正常動作則觸發(fā)十分鐘的閉鎖保護，臺區(qū)下無可控設(shè)備或設(shè)備拒動時，系統(tǒng)會查詢歷史數(shù)據(jù)，對比分析該三相不平衡情況是否周期出現(xiàn)且持續(xù)一段時間，如果是則評估調(diào)節(jié)大負荷用戶所在相位的可行性，并將分析結(jié)果推送給值班/運維人員，如果是暫態(tài)且不規(guī)律的負荷不平衡則不告警，而是在運行日志中提出檢查用戶負荷情況提醒。

（3）運行過程中系統(tǒng)周期性分析運行數(shù)據(jù)，并與設(shè)備臺賬做比對出現(xiàn)異常則給出告警或建議。當(dāng)出現(xiàn)變壓器出力情況異常時，進入變壓器容量損耗計算程序，將變壓器區(qū)域時間內(nèi)的損耗和性能參數(shù)與銘牌進行比對，如果出現(xiàn)與銘牌嚴重不符則提醒運維人員檢查變壓器實際容量；當(dāng)臺區(qū)線路電流超過線路線徑額定電流120%或任意相電纜接頭溫度過高時，進入負荷異常處理程序，分析過載/過溫線路歷史過載/過溫出現(xiàn)次數(shù)和持續(xù)時間，給出更換線路或調(diào)整用戶供電方式的建議；當(dāng)出現(xiàn)負荷換相開關(guān)的電壓與臺區(qū)支路電壓差異較大時，則進入線路末端電壓異常分析程序，分析異常是否時在用電高峰期時周期性出現(xiàn)，提醒運維人員更改用戶供電方式，并記入供電半徑優(yōu)化建議策略事例為后續(xù)城網(wǎng)改造提供參考依據(jù)。

3.應(yīng)用小結(jié)

配電臺區(qū)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)已經(jīng)完成開發(fā)并試運行3個月，系統(tǒng)接入了兩個臺區(qū)的變壓器運行信息采集，包含臺區(qū)電壓電流表、無功補償柜的控制器和換相開關(guān)控制器，翻閱資料并錄入了臺區(qū)的變壓器臺賬、電容器臺賬、線路線徑及線制臺賬、一次接線圖。以上資料在試運行中作為系統(tǒng)判斷的依據(jù)，系統(tǒng)正常操作了電容器的分組投切和換相開關(guān)調(diào)整負荷，運行日志中系統(tǒng)給出了現(xiàn)有換相裝置仍不能完全解決三相不平衡檢查并人工調(diào)整的建議。

因試點臺區(qū)設(shè)備臺賬準確度及部分設(shè)備廠家聯(lián)系不上等原因，因此試點臺區(qū)進行了部分現(xiàn)場改造，針對現(xiàn)有系統(tǒng)配網(wǎng)接線圖不夠完善的情況進行勘查以補足，盡量克服了以往不能完全分析和控制現(xiàn)有設(shè)備的不足。隨著今后工作的繼續(xù)推進，歷史數(shù)據(jù)的日趨完善，接入與可控的調(diào)節(jié)設(shè)備越來越多，系統(tǒng)將更真實的分析臺區(qū)運行情況，有更多的調(diào)控手段，效果也將越來越明顯。

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